اختر شناسی
مقدمه
اختر شناسی علمی است که به مطالعه اجرام آسمانی، مانند ماه، خورشید، ستاره ها، سیاره ها،
توده های گاز و غبار میان ستاره ها و کل جهان می پردازد. زمین به عنوان یک سیاره و ماهواره ها و سفینه های فضایی نیز در این علم مورد بررسی قرار می گیرند. اختر شناس معمولا به مشاهده مکان، روشنایی نسبی، و چگونگی حرکت اجرام آسمانی می پردازد. اما بسیاری از اخترشناسان می کوشند تا بهره گرفتن از دانشهایی مانند فیزیک، شیمی، ریاضی، و با استفاده از ابزارهای گوناگون، مانند تلسکوپ، طیفنما، و کامپیوتر به پرسشهایی از این قبیل پاسخ دهند که هر یک از اجرام آسمانی در چه فاصله از زمین قرار دارد، نور آن از چیست، از چه موادی ساخته شده است، دمای آن چقدر است، چه وقت و چگونه پدید آمده است، و با گذشت زمان چه تغییرهایی کرده است و چه تاثیری بر اجرام آسمانی دیگر دارد و آینده آن چگونه خواهد بود. اخترشناسی را علم نجوم یا ستاره شناسی و اخترشناس را منجم یا ستاره شناس نیز نامیده اند.
بعضی از اخترشناسان متخصصانی هستند که کار آنها مشاهده اجرام آسمانی به کمک تلسوپ است. بعضی دیگر، تئوری پردازانی هستند که با استفاده از اصول و قانونهای فیزیک و ریاضی به تعیین ماهیت جهان اشتغال دارند. اخترشناسان در شاخه های تخصصی بسیار کار می کنند. مثلا بعضی از آنها به بررسی ستاره ها و بعضی دیگر به بررسی خورشید و عده ای به بررسی سیاره ها مشغولند. عده ای نیز، که معمولا کیهانشناس نامیده می شوند، به بررسی ماهیت، ساختار، و تاریخچه جهان
می پردازند.
در اخترشناسی برخلاف بسیاری از رشته های علمی، غیر متخصصان نیز سهمی بسیار دارند. مثلا بسیاری از دنباله دارها و ستاره هایی که روشنایی آنها در تغییر است و همچنین نواختران، یعنی
ستاره هایی که ناگهان شروع به درخشش می کنند، به وسیله کسانی کشف شده اند که در زمینه اخترشناسی تخصص نداشته اند.
اخترشناسان قدیم تصور می کردند که مکانهای نسبی و حرکتهای اجرام آسمانی بر رویدادهای زمینی، مانند جنگ، تولد، مرگ، خوشبختی یا بدبختی تاثیر دارد. به همین سبب حرکتهای اجرام آسمانی را به دقت مورد مطالعه قرار می دادند. شاخه ای از اخترشناسی که بر پایه این اعتقاد پدید آمد احکام نجوم یا علم تنجیم نامیده می شد. کسی را که با این دانش سرو کار دارد احکامی می نامند. احکام نجوم از حدود 4000 سال پیش در میان بابلیها و بعدها در میان یونانیها و رومیها و سپس در میان مسلمانها رواج داشته و در گسترش اخترشناسی قدیم موثر بوده است. اما بسیاری از دانشمندان، در قرن هجدهم میلادی، احکام نجوم را مردود شمردند و کوشیدند تا رویدادهای زمینی و آسمانی را با قانونهای فیزیک و شیمی توضیح دهند.
مشاهده آسمان
اخترشناسان قرنها فقط به مطالعه چگونگی حرکتهای اجرام آسمانی اشتغال داشتند. رویدادها و واقعیتهای نجومی در زمان ما با آنچه در آن روزگار اتفاق می افتاد تفاوت ندارد. امروز هم مانند آن روزگار خورشید از مشرق طلوع می کند، آسمان را می پیماید، و در مغرب از دیدرس ما پنهان
می شود. پس از غروب خورشید، از مشرق آسمان، که رو به تاریکی می رود، نقطه های روشنی ظاهر می شوند که به نظر می رسد بیشتر آنها نسبت به یکدیگر ثابتند و گویی همگی به گنبدی بزرگ و سیاه که بر روی زمین گذاشته شده است چسبیده اند. از روزگاران باستان، هر یک از این نقطه های روشن به کندی حرکت می کنند و از میان گروههای گوناگون ستاره ها می گذرند. هر یک از این نقطه های روشن متحرک را سیاره نامیدند. در آسمان روز، به سبب روشنایی بسیار زیاد خورشید، ستاره ها و سیاره ها در آسمان دیده نمی شوند، اما گاهی ماه را می توان دید. ماه در آسمان شب روشنترین جرم آسمانی است و به آسانی دیده می شود. اما شکل آن تغییر می کند، گاه به صورت هلال و گاه به صورت نیمدایره (تربیع)و گاهی به صورت دایره روشن (بدر) دیده می شود. هلال، تربیع، و بدر را اهلّه ماه می نامند.
در بعضی از شبها، ماه به قدری روشن است که بعضی از ستاره ها در آسمان دیده نمی شوند. اما در شبهایی که ماه در آسمان نیست، ستاره های بسیاری را می توان دید. سیاره ها معمولا زودتر از
ستاره ها ظاهر می شوند. سیاره ها و ستاره ها در آسمان شب بسیار شبیه یکدیگرند، ولی مکان
سیاره ها شب به شب نسبت به ستاره ها تغییر می کند. از این گذشته، نور سیاره ها یکنواخت است، در حالی که به نظر می رسد ستاره ها چشمک می زنند.
عده ای از سیاره ها، یعنی زهره، مشتری، مریخ، زحل و عطارد، را در آسمان شب بدون تلسکوپ به آسانی می توان دید. زهره روشنترین سیاره است، و روشنایی مشتری بعد از زهره از همه سیاره های دیگر بیشتر است. مریخ به سبب رنگ قرمز خود مشخص می شود. زحل را نیز می توان با چشم دید. اما برای دیدن حلقه های زیبای آن دست کم تلسکوپی کوچک لازم است. عطارد معمولا به قدری نزدیک خورشید است که دیده نمی شود. اما در بعضی از شبها آن را، در غرب آسمان، درست پس از غروب خورشید یا در شرق آسمان، درست پیش از طلوع خورشید می توان دید.
در آسمان شب در حدود 6000 ستاره را بدون تلسکوپ می توان تشخیص داد. شعرای یمانی روشنترین ستاره است. در زمانهای قدیم، اخترشناسان ستاره ها را بر اساس مقدار روشنایی آنها
طبقه بندی کرده بودند. روشنترین ستاره ها را قدر اول و ستاره هایی را که روشنایی آنها کمتر بود به ترتیب قدر دوم، قدر سوم، و .... می نامیدند. کم نورترین ستاره ها را که به زحمت با چشم دیده
می شدند قدر ششم نامیدند. اخترشناسان امروز این شیوه طبقه بندی ستاره ها را اصلاح کرده اند.
هر چند سال یک بار ممکن است جسم روشن دنباله داری را بدون تلسکوپ در آسمان مشاهده کرد. دنباله دارها سیاره هایی هستند که هر کدام از یک توده منجمد و دنباله ای از غبار تشکیل شده است و مداری مشخص به دور خورشید دارد. بیشتر دنباله دارها را تنها با تلسکوپ می توان دید، و حتی روشنترین دنباله دارها را هم فقط چند روزی می توان بدون تلسکوپ با چشم مشاهده کرد.
شهاب نیز جرم روشنی است که گاهی در آسمان شب دیده می شود. شهاب تکه ای کوچک یا بزرگ از سنگ یا فلز است که از فضاهای دوردست به جو زمین می رسد و بر اثر برخورد با مولکولهای هوا داغ و نورانی می شود. روشنایی شهاب چند ثانیه و گاهی تا چند دقیقه ادامه دارد. شهاب، معمولا پس از برخورد با جو زمین متلاشی و به ابری از گاز و غبار تبدیل می شود. گاهی نیز تکه ای از آن به زمین می رسد که سرد و منجمد می شود و به صورت سنگ در می آید. چنین سنگی را شهابسنگ می نامند.
آسمان شب از دید مردمانی که در نقاط مختلف زمین زندگی می کنند متفاوت است. مثلا در قطب شمال هرگز نمی توان ستاره های آسمان نیمکره شمالی را دید. اما در استوا در طول سال می توان همه ستاره های آسمان را مشاهد کرد. ولی مردم در همه جای زمین، در آسمان شب نواری روشن و مه مانند را می توانند ببینند که کهکشان راه شیری نام دارد.
از حدود پنج هزار سال پیش، مردمانی که در بین النهرین، مصر، و ایران زندگی می کردند، آسمان شب را به چند ناحیه تقسیم کردند و در هر ناحیه برای گروهی از ستاره ها بر حسب ظاهر، شکل خاصی در نظر گرفتند و آن شکل یا صورت فلکی را به نام قهرمان، شخص یا موجودی افسانه ای یا به نام جانور یا وسیله ای معمولی نامگذاری کردند.
بعضی از صورتهای فلکی عبارتند از دب اکبر (خرس بزرگ)، دب اصغر (خرس کوچک)، جبار
(مقتدر)، میزان (ترازو)، دجاجه (قو).
توصیفی که مردمان دوران باستان از صورتهای فلکی کرده اند هنوز هم درست است. از این رو،
می توان نتیجه گرفت که مکانهای نسبی ستارگان، دست کم در طول چند قرن تغییر محسوس
نکرده اند. به سبب ثابت ماندن مکانهای ستاره ها نسبت به یکدیگر آنها را ثوابت نیز می نامند.
هر چند مکانهای ثوابت نسبت به یکدیگر تغییر نمی کنند، مکان یک صورت فلکی یا مجموعه معینی از ستاره ها ثابت نمی ماند. مثلا اگر در یک شب، به مجموعه ای از ستاره ها در ناحیه معینی از آسمان نگاه کنیم، پس از چند ساعت متوجه خواهیم شد که آن مجموعه به طرف غرب کشیده شده است. مشاهده دقیقتر، مثلا با گرفتن عکس از راه بازگذاشتن دریچه دوربین به مدت چند ساعت، نشان می دهد که همه ستاره ها از شرق به غرب حرکت می کنند. در شرق به تدریج ستاره هایی تازه طلوع می کنند و در غرب عده ای از ستاره ها ناپدید می شوند.
در نیمکره شمالی، با گرفتن عکس از آسمان، مشاهده می شود که در طول شب، ستاره ها در خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت به دور نقطه ای می گردند که قطب شمال فلکی نامیده می شود. علت این حرکت ظاهری، چرخش زمین به دور محورش از غرب به شرق است. در نزدیکی قطب شمال فلکی ستاره ای نسبتا روشن وجود دارد که ستاره قطبی یا جدی نامیده می شود. ستاره قطبی که در راستای محور زمین در بر فراز قطب شمال قرار دارد همیشه در آسمان در یک جا دیده
می شود و به نظر نمی رسد که حرکتی از شرق به غرب داشته باشد. به همین سبب، از روزگاران گذشته، این ستاره راهنمای مردمان و به ویژه دریانوردان در جهتیابی بوده است.
به سبب گردش سالانه زمین به دور خورشید، نظم طلوع و غروب ستاره ها با نظم طلوع و غروب خورشید هماهنگ نیست. به همین سبب منظره آسمان از شبی به شب دیگر اندکی تفاوت می کند. خورشید هر روز بخشی از آسمان را روشن می کند و بنابراین، نمی توان در روز ستاره های آن بخش را دید. اما به سبب گردش زمین به دور خورشید، بخشی از آسمان که در شب دیده می شود به تدریج تغییر می کند. زمین یک دور گردش خود به دور خورشید را تقریبا در 365 روز کامل می کند. به همین سبب، ستاره ها هر شب
می کنند. مثلا اگر در آغاز یک شب، صورت فلکی معینی در ارتفاع زیاد در آسمان دیده شود، چند هفته بعد، به هنگام غروب خورشید در ارتفاع کم در غرب پدیدار می شود و سرانجام پس از چند هفته دیگر این صورت فلکی، پس از غروب خورشید، در آسمان دیده نمی شود.
دیدگاه اخترشناسان درباره جهان
اخترشناسان قدیم فکر می کردند که زمین مرکز جهان است و همهی اجرام آسمانی به دور آن
می گردند. اما امروز می دانیم که زمین تنها یکی از نه سیاره منظومه شمسی است که به دور خورشید می گردند. خورشید خود تنها یکی از ستاره هاست. ستاره ای است متوسط و یکی از صد میلیارد ستاره ای که کهکشان راه شیری را می سازند. کهکشان راه شیری تنها یکی از میلیونها میلیون کهکشان است که در جهان وجود دارند.
منظومه شمسی از یک ستاره، یعنی خورشید، و اجرامی که به دور آن می گردند تشکیل شده است. این اجرام عبارتند از: (1) نه سیاره و قمرهای آنها، (2) هزاران جرم کوچک به نام سیارک، (3) شهابها، (4) هزاران دنباله دار و تکه های سنگ و یخ که ممکن است به دنباله دار تبدیل شوند، و (5) ذرات غبار و گاز. اخترشناسان تصور می کنند که ممکن است به دور بسیاری از ستاره های دیگر نیز مانند خورشید اجرامی در گردش باشند.
سیاره های عطارد، زهره، زمین و مریخ به ترتیب، از سیاره های دیگر به خورشید نزدیکترند. این سیاره ها سنگی و نسبت به سیاره های دیگر کوچکترند. چهار سیاره دیگر منظومه شمسی، یعنی مشتری، زحل، اورانوس و پلوتون، گازی و بزرگترند. به دور مشتری، زحل، و اورانوس حلقه هایی وجود دارند. با یک تلسکوپ کوچک تنها می توان حلقه های زحل را مشاهده کرد. دورترین سیاره از خورشید پلوتون است که در مقایسه با سیاره های دیگر بسیار کوچک است و ممکن است حتی قمر سیاره نپتون باشد. همه سیاره ها بجز عطارد و زهره دارای یک یا چند قمر هستند.
اخترشناسان فاصله های میان اجرام منظومه شمسی را با واحد نجومی می سنجند. واحد نجومی فاصله متوسط زمین و خورشید یعنی در حدود 150 میلیون کیلومتر است. فاصله مشتری و خورشید به طور متوسط 5 واحد نجومی و فاصله متوسط پلوتون و خورشید در حدود 40 واحد نجومی است. فاصله متوسط زهره و خورشید در حدود 72/0 واحد نجومی است.
ستاره ها، که به صورت نقطه هایی نورانی در آسمان شب چشمک می زنند، در حقیقت خورشیدهایی دور دست هستند و مانند خورشید از توده متراکم و درخشان گاز تشکیل شده اند. ستاره ها در تمامی فضا پراکنده اند و به قدری از ما دورند که نمی توان فاصله آنها را از زمین بر حسب کیلومتر سنجید. به همین سبب اخترشناسان فاصله های میان ستاره ها را با سال نوری
می سنجند. سال نوری فاصله ای است که نور در یک سال می پیماید و در حدود 5/9 میلیون میلیون کیلومتر است. نزدیکترین ستاره به خورشید در حدود 3/4 سال نوری از ما فاصله دارد. اگر خورشید نیز در چنان فاصله ای بود، مانند ستاره های دیگر، به صورت نقطه ای روشن دیده می شد.
ستاره ها از نظر دما، رنگ، روشنایی، اندازه و جرم با یکدیگر تفاوت دارند. جرم مقدار ماده موجود در ستاره است. دما و رنگ ستاره معمولا به جرم آن بستگی دارد. داغترین ستاره بیشترین جرم را دارد و آبی به نظر می رسد. ستاره هایی که جرم کمتری دارند به رنگ قرمز دیده می شوند و بسیار سردتر از ستاره های دیگرند. در بسیاری از موارد، هر چه جرم ستاره بیشتر باشد روشنایی آن بیشتر است. خورشید و ستاره های دیگری که اندازه آنها در حدود اندازه خورشید است ستاره های رشته اصلی یا کوتوله نامیده می شوند. اما بعضی از ستاره ها با آنکه جرمی در حدود جرم ستاره های رشته اصلی دارند بسیار درخشنده تر از آنها هستند. این ستاره ها بسیار بزرگند و به همین سبب غول نامیده می شوند. رنگ غولها ممکن است قرمز یا زرد باشد. ستاره های بسیار بزرگتر از غولها را ابرغول می نامند که به رنگهای سفید، آبی، زرد، یا قرمز دیده می شوند و عده آنها کمتر از غولهاست. ستاره هایی که کوچکتر و کم نورتر از ستاره های رشته اصلی هستند کوتوله های سفید نامیده
می شوند. ستاره های رشتهی اصلی، غولها، ابرغولها، و کوتوله های سفید مراحل گوناگون زندگی ستاره ها را نشان می دهند.
در فضای میان ستاره ها اتمهای گاز و ذرات غبار شناورند. اخترشناسان به این گاز و غبار فضایی ماده میان ستاره ای می گویند. ماده میان ستاره ای بسیار رقیقتر از جو زمین است.
در فضا پیوسته ستاره های جدیدی از میان ابرهای گاز و غبار متولد می شوند. ستاره جدید هنگامی شکل می گیرد که ذرات گاز و غبار به دور هم جمع شوند و به صورت یک گوی بسیار بزرگ
در آیند. بیشتر این گاز ئیدروژن است. در هسته این گوی، گاز بر اثر جاذبه (کشش گرانشی) متراکمتر و متراکمتر و در نتیجه داغتر می شود. سرانجام دما به حدی می رسد که گروهی از اتمهای نیتروژن با چنان شدتی به گروه دیگر برخورد می کنند که درهم می آمیزند و عنصر کاملا جدیدی به نام هلیم تشکیل می دهند. بر اثر این واکنش هسته ای انرژی فراوانی تولید می شود و ستاره جدید به وجود می آید و پرتو افشانی می کند. میلیونها یا میلیاردها سال طول می کشد تا همه ئیدروژن هسته یک ستاره به هلیم تبدیل شود.
پس از آنکه همه اتمهای ئیدروژن در هسته یک ستاره رشته اصلی به هلیم تبدیل شد، واکنشهای هسته ای دیگری روی می دهند و در ضمن لایه های بیرونی ستاره باد می کنند. ستاره درخشانتر
می شود و به صورت غول در می آید. غولی که جرم آن در حدود جرم خورشید است سرانجام
لایه های بیرونی را از دست می دهد و هسته آن کم کم سرد می شود و ستاره به صورت یک کوتوله سفید در می آید. ماده سازنده کوتوله سفید بسیار فشرده است. هر سانتیمتر مکعب از مادهی یک کوتوله سفید در حدود 60 کیلوگرم جرم دارد. اما اگر جرم ستاره بیشتر از سه برابر جرم خورشید باشد، دمای هسته ستاره بالاتر می رود و ستاره بیشتر باد می کند و به صورت ابرغول در می آید. ابرغول سرانجام منفجر می شود و به صورت ستاره ای در می آید که روشنایی آن میلیونها بار بیشتر از روشنایی ستاره قبلی است و ابرنواختر نامیده می شود. بر اثر این انفجار، بخش بزرگی از جرم کل ستاره و شاید در حدود نیمی از آن به صورت ابری از گاز و غبار، برای همیشه از ستاره دور می شود و با مواد میان ستاره ای درهم می آمیزد. اگر پس از انفجار آنچه به صورت یک جسم فشرده باقی
می ماند جرمی کمتر از سه برابر جرم خورشید داشته باشد، ستاره نوترونی پدید خواهد آمد. در یک ستاره نوترونی، بر اثر شدت انفجار ابرنواختر، اتمهای مواد تشکیل دهنده درهم فرو ریخته اند و ستاره ای متراکم که از توده ای از نوترونهای به هم پیوسته تشکیل شده است، به وجود آورده اند. ستاره نوترونی مانند ستاره معمولی نیست. بعضی از آنها به طور متناوب امواجی رادیویی از خود صادر می کنند که به صورت پالس (=تپش) امواج رادیویی است. به همین سبب چنین ستارگانی را پالسدار یا تپ اختر (=اختر تپنده) می نامند. اگر پس از انفجار آنچه که به صورت یک جسم متراکم باقی می ماند جرمی بیشتر از سه برابر جرم خورشید داشته باشد، تمامی ماده ستاره درهم فرو
می ریزد و جسمی به وجود می آید که نیروی گرانشی آن به قدری شدید است که حتی نور را هم جذب می کند. بنابراین، نور نمی تواند از آن جسم به چشم ما برسد. به همین سبب چنین جسمی را سیاهچاله می نامند.
کهکشانها مجموعه هایی از میلیونها ستاره و گاز و غبار میان آنها هستند. معروفترین آنها کهکشان راه شیری است که منظومه شمسی بخش کوچکی از آن است. کهکشان راه شیری نواری مه مانند است که در سرتاسر آسمان کشیده شده است. با دوربین دو چشمی یا تلسکوپی کوچک، به صورت اجتماع انبوهی از هزاران ستاره کم نور دیده می شود. چون کهکشان راه شیری حلقه ای کامل در سرتاسر آسمان تشکیل می دهد، در هر نقطه زمین می توان بخشهایی از آن را دید. در کهکشان راه شیری احتمالا صد هزار میلیون ستاره وجود دارد. کهکشان شبیه یک چرخ فلک غول پیکر است که دو بازوی پر ستاره دارد که چندین بار به دور بخش مرکزی پیچیده اند. خورشید در یکی از این بازوهاست و فاصله اش تا مرکز کهکشان در حدود 30000 سال نوری است. بنابراین، می توان گفت که در حدود 30000 سال طول می کشد تا یک پیام رادیویی از زمین به مرکز کهکشان راه شیری برسد.
کهکشان ما به دور مناطق مرکزی خود می چرخد. زمان یک بار چرخش ستارگانی که به مرکز کهکشان نزدیکند در حدود چند میلیون سال است. ولی این زمان در نزدیکی خورشید، در حدود 250 میلیون سال است. کهکشان راه شیری هر چند بسیار بزرگ است، بخش کوچکی از جهان را تشکیل می دهد. در فضای بسیار گسترده جهان میلیونها میلیون کهکشان وجود دارد که بیشتر آنها مانند کهکشان راه شیری مارپیچی هستند. بعضی دیگر بیضوی هستند و بازوهای مارپیچی ندارند. عده ای از کهکشانها نیز شکلی نامنظم دارند.
دورترین اجرامی که می توان آنها را از زمین آشکار کرد کوازارها هستند. این اجرام به هنگام عکبرداری از آنها با تلکسوپ به صورت ستاره هایی کوچک دیده می شوند. به همین سبب آنها را کوازار، یعنی شبه ستاره، نامیده اند. اخترشناسان با بررسی طیف این اجرام تصور می کنند که کوازار نوعی کهکشان است که از بخشهای مرکزی آن مقدار بسیار زیادی تابش گسیل می شود. بعضی از کوازارها بیشتر از 10 میلیارد سال نوری با ما فاصله دارند. اخترشناسان نمی دانند که این اجرام چگونه چنین تابش قدرتمندی تولید می کنند که حتی از چنان فاصله ای دیده می شو.ند. با این همه، پژوهشها نشان می دهند که ممکن است در هسته هرکوازار سیاهچاله ای بزرگ با جرمی هزاران برابر جرم خورشید وجود داشته باشد. بر اساس این تئوری، تابشی که اخترشناسان از کوازار آشکار
می کنند انرژی موادی است که در سیاهچاله فرو می ریزند.
جهان شامل همه فضا، و همه مواد و انرژی است که در فضا وجود دارد. اخترشناسان نمی دانند که جهان به چه بزرگی است. جهان حتی ممکن است بی انتها باشد.
تقریبا همه اخترشناسان عقیده دارند که بین 10 تا 20 میلیارد سال پیش، به دنبال انفجاری بزرگ، که مهبانگ نامیده می شود، گسترش جهان آغاز شد. بر اساس تئوری مهبانگ، جهان از آن لحظه به بعد در حال انبساط است. در آغاز، جهان تنها از تابش تشکیل شده بود اما با ادامه انبساط جهان، بیشتر این تابش به ماده تبدیل شد. باقیمانده این تابش را امروزه می توان به صورت امواج رادیویی ضعیف که از سرتاسر جهان می آید آشکار کرد.
هنوز هم کهکشانها به دور شدن از یکدیگر ادامه می دهند. بیشتر پژوهشها نشان می دهند که جهان همیشه به انبساط خود ادامه خواهد داد. اما بعضی از پژوهشها نشان می دهند که جهان ممکن است سرانجام به انبساط خود پایان دهد و شروع به انقباض کند.
ابزارهای اخترشناسی
دانش اخترشناسی را می توان علم مشاهده و تفسیر تابشی که از بخشهای گوناگون جهان به زمین یا به نزدیکی آن می رسد نیز دانست. هزاران سال چشم تنها ابزاری بود که بخش مرئی این تابش الکترومغناطیسی را دریافت می کرد. بعدها، آدمی به کمک ابزارهای ساده درجه بندی شده که مشهورترین آنها اسطرلاب بود، حرکتهای اجرام آسمانی را در کره آسمان دنبال کرد. با این ابزارها، آدمی می توانست به زمانیابی روزانه و فصلی، و پیشگوییهای مقدماتی مکانهای خورشید، ماه و پنج سیاره، عطارد، زهره، مریخ، مشتری، و زحل، و رویدادهایی مانند خسوف و کسوف بپردازد. اخترشناسان مشاهده اجرام آسمانی را رصد کردن و جایی را که از آن به کمک ابزارهای اخترشناسی به رصد کردن می پردازند رصدخانه می نامند.
پس از اختراع تلسکوپ اخترشناسان از آن برای مشاهده اجرام آسمانی استفاده کردند و به کمک آن توانستند جزئیاتی را در خورشید و ماه و سیاره ها تشخیص دهند که تا آن زمان از دید آدمی پنهان بودند. به کمک تلسکوپ سیاره های اورانوس، نپتون، و پلوتون و عده بسیاری از سیارکها در منظومه شمسی، و همچنین بعضی از قمرهای سیاره های بزرگ کشف شدند.
ستاره ها به قدری دورند که حتی با تلسکوپ هم به صورت نقطه هایی نورانی دیده می شوند. به کمک تلسکوپ می توان از ستاره ها و اجرام دوردست دیگر نور کافی گردآوری کرد و تصویر آنها را به وجود آورد. هر چه جسم کم نورتر باشد تلسکوپ قویتری برای این کار لازم خواهد بود.
نوری را که به وسیله تلسکوپ از یک ستاره دریافت می شود می توان به کمک طیفنما تجزیه کرد. با تجزیه طیف نور ستاره و بررسی خطوط طیفی، اخترشناسان می توانند مولکولهای موجود در جو یک سیاره و همچنین فراوانی نسبی اتمها و مولکولهایی را که در یک سیاره یا ستاره وجود دارند تعیین کنند. اگر عنصر یا ترکیبی فراوانتر باشد، خطوط طیفی آن قویتر است. به کمک ابزاری به نام طیفنگار می توان تصویر طیفی ستاره را بر روی صفحه عکاسی یا وسیله ای دیگر ثبت کرد.
با مجهز کردن تلسکوپ به دوربین عکاسی می توان از تصویرهایی که در تلسکوپ تشکیل
می شوند عکس گرفت. هر عکس منظره ناحیه ای از آسمان را در یک لحظه معین برای همیشه ثبت می کند. عکسهایی که از آسمان گرفته می شوند اغلب جزئیاتی را نشان می دهند که با چشم و حتی با تلسکوپ دیده نمی شوند. مثلا، ستاره ای کم نور، حتی اگر مدتی به آن نگاه شود، همیشه کم نور دیده خواهد شد، اما اگر صفحه عکاسی مدتی در معرض نور همان ستاره قرار گیرد، تصویری روشن از آن ستاره به دست خواهد آمد.
با استفاده از صفحه های عکاسی که نسبت به اشعه فروسرخ یا اشعه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی حساسیت دارند می توان دامنه مشاهده های نجومی را که محدود به نور مرئی بود گسترش داد و تابشهای فرابنفش و فروسرخ ستاره ها را نیز آشکار کرد. اخترشناسان گاهی بالونهایی به ارتفاعهای بالای جو می فرستند که مجهز به تلسکوپهای فروسرخی هستند. با آگاهیهایی که از این راه به دست می آید توانسته اند پیدایش ستاره ها را مشاهده کنند و به بررسی غبار میان ستاره ای بپردازند.
با فرستادن ماهواره هایی به دور زمین و سفینه هایی به نزدیکی بعضی از سیاره های دیگر، و با فرود آمدن ابزارهای ویژه در سطح کره ماه اطلاعات فراوانی از انواع تابشهای ستاره ها، به خصوص اشعه گاما، اشعه ایکس و اشعه فرابنفش به دست آمده است. بررسی و تجزیه و تحلیل این اطلاعات
حوزه های تازه ای در اخترشناسی گشوده اند، مانند اخترشناسی با اشعه ایکس، و اخترشناسی با اشعه گاما.
پس از اختراع تلسکوپ رادیویی اخترشناسی پیشرفت بسیار کرد. تلسکوپ رادیویی دستگاهی است که امواج رادیویی را که از اجرام آسمانی می رسد دریافت می کند، و پس از متمرکز کردن این امواج بر روی یک آنتن، آنها را به علامتهای الکتریکی تبدیل می کند. گیرنده رادیویی، پس از تقویت این علامتها، آنها را بر روی صفحه دستگاه گیرنده یا به وسیله کامپیوتر ثبت می کند. شاخه ای از دانش اخترشناسی که پس از اختراع تلسکوپ رادیویی به وجود آمد اخترشناسی رادیویی نامیده می شود. بعضی از کهکشانها، کوازارها، و بقایای ابرنواختران از مهمترین منابع انتشار امواج رادیویی در فضا هستند. تلسکوپهای رادیویی وجود 50 مولکول نسبتا پیچیده را نیز در فضا آشکار کرده اند.
در اخترشناسی جدید از کامپیوتر نیز استفاده های گوناگون می کنند. مثلا از آن برای هدایت تلسکوپها و همچنین کنترل ابزارهای اندازه گیری تابشی که به وسیله تلسکوپها گردآوری شده است استفاده می کنند. کامپیوتر را برای طرح تلسکوپهای جدید و تجزیه و تحلیل اطلاعاتی که به وسیله تلسکوپها به دست می آید نیز به کار می برند.
تاریخچه اخترشناسی
اخترشناسی کهنترین علم است. از هزاران سال پیش، از آن هنگام که آدمی با شگفتی به آسمان شب نگاه می کرد آغاز شد. در آن زمان بیشتر مردم بیابان نوردانی بودند که از راه شکار و گله داری زندگی می کردند. چون نوشتن نمی دانستند اثری از آنها بر جا نمانده است تا بتوانیم به اندیشه های آنها پی ببریم. با این همه، یقین داریم که آنان برای کوچیدن از نقطه ای به نقطه دیگر از ستاره ها به عنوان راهنما استفاده می کردند و احتمال دارد که بر اساس مشاهده های خود از آسمان می توانستند فصلهای سال را پیشگویی کنند.
از هنگامی که انسان برای تهیه غذا به کشاورزی پرداخت نیاز پیدا کرد که بداند بهترین زمان کاشت دانه و برداشت محصول چه وقت است. با مشاهده خورشید، سیاره ها و ستاره ها توانست به گاهشناسی و تهیه تقویم بپردازد و نیاز خود را برآورد. در مصر باستان، اخترشناسان با مشاهده بعضی از اجرام آسمانی، فصل طغیان رود نیل را پیشگویی می کردند. چینیها در حدود قرن چهاردهم پیش از میلاد، تقویمی تهیه کرده بودند که با آن می توانستند بسیاری از رویدادهای نجومی را نیز پیشبینی کنند. احتمالا اخترشناسان چین نخستین کسانی بودند که نقشه ای از ستاره های آسمان تهیه کردند. در این نقشه حدود 800 ستاره نام برده شده است. در آثاری که از چین باستان برجا مانده است به مشاهده دنباله دارها، شهابها، لکه های خورشید و نواختران نیز اشاره هایی شده است. چینیها در این زمان درباره خسوف و کسوف نیز اطلاعاتی داشته اند.
از بابلیها لوحه هایی گلی بر جای مانده است که در حدود 3000 سال پیش تهیه شده اند. این لوحه ها نشان می دهند که آنان می توانسته اند پیشبینی کنند که سیاره ها در چه زمانی نزدیکترین فاصله و در چه زمانی دورترین فاصله را با خورشید دارند. همچنین می توانسته اند پیشبینی کنند که اجرام آسمانی گوناگون در چه زمانی برای نخستین بار یا آخرین بار در سال دیده می شوند. مصریان باستان، با توجه به مکان شعرای یمانی، روشنترین ستاره آسمان، و ایرانیان باستان با توجه به مکان طلوع خورشید، آغاز فصل بهار را تعیین می کردند.
اخترشناسان هند باستان بر اساس مشاهده های خود این عقیده را پیدا کرده بودند که در آغاز آفرینش همه ستاره ها در یک نقطه متمرکز بوده اند و از آن نقطه با سرعتهای متفاوت به حرکت در آمده اند. به عقیده آنها ستاره ها سرانجام پس از هزاران هزار سال دیگر، به همان نقطه خواهند رسید و
دوره ای دیگر را آغاز خواهند کرد. هندیها بر اساس محاسبه های خود طول هر یک از این دوره ها را در حدود 5/4 میلیارد سال می پنداشتند. بعدها اختر شناسان مسلمان ایرانی که به ترجمه آثار هندی پرداختند این دوره ها را ادوار هزارات نامیدند.
اخترشناسان یونان باستان رابطه هایی هندسی میان اجرام آسمانی کشف کردند. عده ای، از جمله فیثاغورس و ارسطو عقیده داشتند که زمین گرد است. عده ای حرکت ظاهری اجرام آسمانی به طرف غرب را به سبب چرخش زمین به دور محور خود به طرف شرق می دانستند. هیپارخوس (ابرخس)، اخترشناس یونانی، که در حدود 150 سال پیش از میلاد می زیست، ستاره ها را بر حسب میزان روشنایی آنها به شش گروه تقسیم کرد. قطر ماه و فاصله آن را از زمین تخمین زد، و راهی برای پیشگویی خسوف و کسوف نشان داد.
بطلمیوس، اخترشناس یونانی، که در قرن دوم میلادی در اسکندریه می زیست، عقیده داشت که زمین در مرکز جهان قرار دارد و همه اجرام آسمانی به دور آن می گردند. بطلمیوس بر اساس طرحی هندسی حرکتهای سیاره ها را پیشگویی می کرد. او اندیشه های خود و خلاصه عقیده های اخترشناسان پیش از خود را در کتابی بزرگ گردآورد. این کتاب که شاهکاری در تجزیه و تحلیل حرکتهای اجرام آسمانی است پس از دسترسی مسلمانان به آن به عربی ترجمه و مجسطی نامیده شد. اندیشه هایی که در این کتاب آمده است هیئت یا منظومه بطلمیوسی نام گرفت و در حدود چهارده قرن مورد پذیرش بسیاری از اخترشناسان بود.
در قرون وسطی علم اخترشناسی در اروپا پیشرفتی نداشت. اما در سرزمینهای اسلامی از از نیمه دوم هجری به بعد به سبب فراهم آمدن فضای علمی مناسب، و ترجمه کتابهای مهم اخترشناسی ایرانی، هندی، و یونانی به عربی، علم اخترشناسی شکوفا شد. اخترشناسان مسلمان به ویژه ایرانیان، در گسترش این علم گامهای موثر برداشتند، مشهورترین کتابهای اخترشناسی که به عربی ترجمه شدند عبارتنداز: زیج شهریار، که در زمان ساسانیان به زبان پهلوی نوشته شده بود، سند هند، که به وسیله براهما گوپتا، اخترشناس هندی، به زبان سانسکریت نوشته شده بود، و مجسطی، که به وسیله بطلمیوس به زبان یونانی نوشته شده بود. نقد و بررسی این کتابها، به ویژه مجسطی، و نوشتن شرحهایی بر آنها، که قرنها در سرزمینهای اسلامی ادامه داشت، پایه اصلی مطالعات اخترشناسی و حفظ و اصلاح اندیشه های پیشینیان شد.
ابراهیم فزاری، اخترشناس ایرانی، که در قرن دوم هجری می زیست، به مطالعات ارزشمندی در علم نجوم پرداخت و نخستین کسی است که در جهان اسلامی اسطرلاب ساخت. ابومعشر بلخی، که در قرن سوم هجری می زیست، دانشمندی ایرانی بود که در اخترشناسی و علم احکام نجوم مطالعات ارزنده ای کرد و درباره علت جزر و مد فرضیه ای نجومی مطالعات ارزنده ای کرد و درباره علت جزر و مد فرضیه ای نجومی ارائه داد. او به ادوار هزارات نیز عقیده داشت. محمد بن موسی خوارزمی، ریاضیدان و اخترشناس ایرانی قرن سوم هجری، از چهره های برجسته اخترشناسی است. او با استفاده از زیج شهریار شیوه کهن اخترشناسی ایرانی را ادامه داد و خود نیز زیجهایی تهیه کرد. زیج مجموعه ای از جدولهایی بود که بر اساس مشاهدات و مطالعات اخترشناسی تنظیم می شد. با استفاده از این جدولها، منجمان موقعیت ستاره ها را تعیین می کردند و به طالع بینی می پرداختند، یعنی بر اساس علم احکام نجوم آینده شخص یا جهان را پیشگویی می کردند. از این جدولها در گاهشناسی نیز استفاده می کردند. فضل بن حاتم نیریزی، که در نیمه دوم قرن سوم هجری
می زیست، شرحی بر مجسطی نوشت و رساله ای مهم درباره اسطرلاب کروی تالیف کرد. بنو موسی یا فرزندان موسی بن شاکر نیز از جمله ایرانیانی بودند که در شکوفایی اخترشناسی در قرن سوم هجری نقش مهمی داشتند. شهرت آنها بیشتر به سبب رصدهای نجومی است که انجام دادند. یکی از کارهای مهمی که همراه با یک گروه کردند اندازه گیری قطر زمین بود.
در قرن چهارم هجری عبدالرحمان صوفی که استاد عضدالدوله دیلمی بود از اخترشناسان مشهور است. صوفی کتاب صورالکواکب را نوشت. اخترشناس دیگر این عصر ابوسهل کوفی است که بعدها سرپرست رصدخانه ای شد که آل بویه در بغداد ساخته بودند. بیشتر وسایل این رصدخانه را ابوحمید صاغانی، ریاضیدان، اخترشناس و مخترع ایرانی، ساخته بود. از اخترشناسان دیگر که در این دوره
می زیستند باید از ابوسعید سجزی (= سیستانی) نام برد که شهرتش بیشتر به سبب اسطرلابی است که ساخت. این اسطرلاب بر پایه این عقیده ساخته شد که زمین متحرک است و به دور خورشید
می گردد، بنابراین، سجزی را می توان از پیشگامان اندیشه مندان مسلمانی دانست که به مرکزیت زمین و ثابت بودن آن عقیده نداشتند. دانشمند مهم دیگر که در قرن چهارم هجری می زیست ابوالوفای بوزجانی است که از مردم بوزجان (= تربت جام خراسان) بود که با اکتشافهای خود در مثلث کروی به دقیقتر شدن محاسبه های نجومی کمک کرد.
در اواخر قرن چهارم و اوایل قرن پنجم هجری ابوریحان بیرونی با کارهای پر ارزش خود در زمینه نجوم علم اخترشناسی را به کمال شکوفایی رساند. با استفاده از ابزارهای مشاهده که تا آن زمان متداول بود و ابزارهایی که خود ساخت رصدهای بسیاری کرد و نظرهای تازه ای درباره نجوم ارائه داد. بر اساس عقیده بیرونی نقطه اوج خورشید، برخلاف نظر یونانیان، ثابت نیست و متحرک است. بیرونی قطر زمین را با استفاده از رصدهای نجومی اندازه گرفت. بارها خسوف و کسوف را رصد کرد و بر اساس یافته های خود به تصحیح کارهای پیشینیان پرداخت. برای نشان دادن موقعیت
ستاره ها و صورتهای فلکی کره ای جغرافیایی به قطر تقریبا 10 متر ساخت که شرح آن را در کتاب تحدید نهایات الاماکن آورده است. بیرونی بی آنکه صریحا اشاره ای به ثابت نبودن زمین داشته باشد با توجه به اسطرلاب سجزی، متحرک بودن زمین را از نظر ریاضی امکانپذیر می دانسته است.
در همان زمان ابن سینا، در اصفهان رصدخانه ای تاسیس کرد و با ابزارهایی که ساخته بود به رصد کردن ستاره ها پرداخت. با چشم عبور ستاره زهره را از برابر قرص خورشید مشاهده کرد.
در قرن هفتم هجری نقش نصیرالدین طوسی در تاریخ علم اخترشناسی بسیار مهم است. طوسی در اخترشناسی مطالعاتی عمیق داشت و هولاکو، خان مغول را واداشت تا رصدخانه ای در مراغه بسازد. به کوشش نصیر الدین طوسی گروهی از دانشمندان علم ریاضی و نجوم و جمعی از مخترعان و سازندگان ابزارهای نجومی از سرزمینهای گوناگون در رصدخانه مراغه گرد آمدند و ابزارهای گوناگون نجومی به این رصدخانه آوردند و کتابخانه ای تاسیس کردند. نصیرالدین طوسی به سبب مطالعاتی که خود و همکارانش در رصدخانه مراغه کردند کتاب نجومی مهمی نوشت که زیج ایلخانی نام دارد. طوسی از نخستین کسانی بود که بر هیئت بطلمیوسی ایراد گرفت. از این زمان بود که مخالفت با هیئت بطلمیوسی آغاز شد.
نصیرالدین طوسی ایرادهای خود را بر هئیت بطلمیوسی در کتابی به عربی نوشت که بعدها به فارسی ترجمه شد و رساله معینیه نام گرفت. سه قرن بعد بود که بسیاری از نظرهای نصیرالدین طوسی، که در این کتاب آمده است، از طرف کپرنیک نیز مطرح شد. در قرن نهم هجری غیاث الدین جمشید کاشانی، با استفاده از یافته های رصدخانه مراغه، در رصدخانه سمرقند، به مطالعات نجومی ادامه داد.
اروپاییان در قرن دوازدهم میلادی (قرن ششم هجری) از راه ترجمهی لاتینی مجسطی، با اندیشه های بطلمیوس و نظرهای اخترشناس اسلامی آشنا شدند. با آغاز قرن شانزدهم میلادی اروپاییان به اخترشناسی و علوم علاقه ای تازه پیدا کردند. کپرنیک در سال 1543 م کتابی منتشر کرد و در آن مدعی شد که خورشید در مرکز جهان است و زمین و سیاره های دیگر به دور آن می گردند. با قبول این نظر، توضیح حرکتهای مشاهده شده سیاره ها آسانتر شد. با این همه، هیئت کپرنیک نیز نتوانست مکانهای سیاره ها را دقیقتر از هیئت بطلمیوسی پیشگویی کند.
در اواخر قرن شانزدهم، اخترشناسی دانمارکی به نام تیکوبراهه، حرکتهای سیاره ها را بسیار دقیقتر از پیشینیان مشاهده کرد. مشاهده های او، به خصوص مشاهده مریخ، نادرستیهای جدولهایی را که تا آن زمان برای پیشگویی مکانهای سیاره ها به کار می رفت آشکار کرد. براهه در سال 1601 م درگذشت و دستیارش، یوهانس کپلر آلمانی، نتایج مشاهده های او را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و از آنها قانونهای حرکت سیاره ای را به دست آورد. بعدها درستی قانونهای کپلر به کمک قانونهای گالیله و نیوتون درباره حرکت و قانون نیوتون درباره جاذبه عمومی، که در قرن هفدهم میلادی کشف شدند، مورد تایید قرار گرفت.
با اختراع تلسکوپ و کاربرد آن به وسیله گالیله برای مشاهده های نجومی، عصر تازه ای در اخترشناسی آغاز شد و آدمی توانست آگاهیهای نجومی بیشتری، مانند گردش قمرها به دور بعضی از سیاره ها که تا آن زمان نامرئی بودند، به دست آورد.
اختراع طیفنما در اوایل قرن نوزدهم میلادی گامی بزرگ در پیشرفت ابزارهای نجومی بود. چندی بعد، دوربین عکاسی هم به کمک اخترشناسان آمد و آنان توانستند عکسها را به راحتی بررسی کنند و به اندازه گیریهای دقیق بپردازند. پیشرفتهای علمی بسیار جدید قرن بیستم و اختراع ابزارها و دستگاههایی مانند رادار، تلسکوپ رادیویی، و سفینه های فضایی نیز اخترشناسان را یاری می دهند. امروزه، اخترشناسی به صورت دانش بسیار گسترده ای در آمده است که بیشتر شاخه های علم را
فرا می گیرد.